Con il progredire della tecnologia IoT, la questione di come alimentare questi dispositivi, in particolare in luoghi dove le fonti elettriche affidabili sono scarse, rappresenta una sfida significativa.
I ricercatori del College of Engineering dell'Università dello Utah hanno sperimentato una nuova forma di batteria che potrebbe contribuire a risolvere questo dilemma. La soluzione, che è in fase di proof of concept, si presenta sotto forma di cella piroelettrochimica (PEC).
Sviluppato dai professori associati di ingegneria meccanica Roseanne Warren e Shad Roundy, il dispositivo integrato raccoglie l'energia termica ambientale e la converte in energia elettrochimica immagazzinata. In questo modo si crea un supercondensatore o una batteria, che potrebbe essere ideale per applicazioni IoT e sensori.
Bassi livelli di energia
Il dispositivo funziona caricandosi con le variazioni della temperatura circostante, sia che si trovi all'interno di un veicolo, di un aereo o anche sotto il terreno in un ambiente agricolo.
"Stiamo parlando di livelli molto bassi di raccolta di energia", ha detto Warren, "ma il vantaggio principale è la possibilità di avere sensori che possono essere distribuiti e non devono essere ricaricati sul campo. Abbiamo esplorato la fisica di base e abbiamo scoperto che può generare una carica con un aumento o una diminuzione della temperatura".
Se da un lato le celle solari possono rappresentare una fonte di alimentazione alternativa per i dispositivi IoT, dall'altro la praticità presenta spesso dei problemi. "In molti ambienti si incontrano due problemi", ha detto Roundy. "Uno è che si sporcano con il tempo. Le celle solari devono essere mantenute pulite. Quindi, in questo tipo di applicazioni, si sporcano e la loro potenza si degrada. E poi ci sono molte applicazioni in cui la luce del sole non è disponibile. Ad esempio, lavoriamo su sensori per il suolo che mettiamo sotto la superficie del terreno. Non c'è luce solare".
Utilizzando un materiale composito piroelettrico fatto di fluoruro di polivinilidene (PVDF) poroso e nanoparticelle di titanato di bario come separatore in una cella elettrochimica, le proprietà elettriche del dispositivo cambiano quando viene riscaldato o raffreddato. Questa azione modifica la polarizzazione del separatore piroelettrico. Questo spostamento di temperatura crea a sua volta un campo elettrico all'interno della cella, spostando gli ioni e consentendo alla cella di immagazzinare energia.
Nonostante la produzione di soli 100 microjoule per centimetro quadrato da un singolo ciclo di riscaldamento/raffreddamento, potrebbe essere sufficiente per le esigenze di alcune applicazioni IoT.
Lo studio, finanziato dalla National Science Foundation, è l'articolo di copertina dell'edizione del 21 marzo della rivista Energy & Environmental Science, pubblicato dalla Royal Society of Chemistry.
